\section{对流}\label{sec:2-6}

在图 \ref{fig:2-14} 的实验里，如果我们不是给试管上部的水加热，而是给试管底部的水加热，整个试管中的水都会很快热起来。
同样，在图 \ref{fig:2-15} 的实验里，如果让试管的口向上，给试管底部的空气加热，手指也会很快觉得热了。
既然水和空气都是热的不良导体，那么，在上述情况下，热是怎样传递的呢？

\begin{wrapfigure}[17]{r}{6cm}
    \centering
    \includegraphics[width=5cm]{../pic/czwl2-ch2-16}
    \caption{水的对流}\label{fig:2-16}
\end{wrapfigure}


如图 \ref{fig:2-16} 所示，把装有冷水的烧瓶悬空架在铁架台上。
水静止后，投入一些高锰酸钾的晶粒，使它沉到瓶底。用酒精灯的小火在烧瓶下面对准晶粒加热。
我们会看到，晶粒周围的紫红色溶液向上升起形成一股股细流，然后又沿瓶的边缘流回瓶底，不一会，
整瓶水都成了紫红色的高锰酸钾溶液。高锰酸钾溶液的流动过程清楚地表示出热传递的情况。
晶粒处的水受热膨胀、密度减小而上升，旁边密度较大的冷水就流过来填补。
流到晶粒处的冷水被加热后又上升，旁边的冷水又流过来填补。这样，水就循环流动起来。
最后，整个烧瓶里的水都变热了。在这里，热是靠水的流动来传递的。

空气的流动也可以传热。例如，冬季用火炉或暖汽片取暖就是靠空气的流动。
火炉或暖汽片使整个屋子空气变暖的过程，同学们可以参照液体流动传热的情况来自己分析。

靠液体或者气体的流动来传递热的方式叫做\textbf{对流}。

根据上面关于对流的讨论知道，要使整个容器中的液体（或气体）的温度很快升高，
应该从下方来加执，因为这样可以形成对流。
我们烧开水的时候，把水壶放在炉火的上面，就是这个道理。

要使整个容器中的液体（或气体）的温度很快降低，应该从上方来冷却，
同样也是因为这样可以形成对流。我们用冰块来冷藏食物的时候，
把冰块放在食物上面比放在下面效果好，就是这个道理。

学过传导和对流以后，我们不难看出它们的区别：
传导是热沿着物体传递的，物质并不流动；
对流是靠物质的流动来传热的。
所以对流是液体、气体特有的传热的方式。



\section*{阅读材料：水的反常膨胀}

在北方，冬季湖水结冰总是从湖面开始，这种现象你不感到奇怪吗？
学过对流以后，爱动脑筋的学生是会感到奇怪的。
因为寒冬降临，冷空气从上方来冷却湖水，假如水总是热胀冷缩，湖水会形成对流，
使全部湖水都降到 $0\celsius$ 而结冰。实际情况为什么不是这样呢？

原来，水的热膨胀有它的特殊性。水在 $4\celsius$ 以上，跟一般的物体一样，是热胀冷缩的，
但是在 $0\celsius$ 到 $4\celsius$ 之间却是热缩冷胀的。
因此，$4\celsius$ 的水无论温升高或降低，体积都要增，密庹都要减小。
就是说，水在 $4\celsius$ 的时候，密度最大。

\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \includegraphics[width=0.3\textwidth]{../pic/czwl2-ch2-17}
    \caption{表面结了冰的湖水的温度}\label{fig:2-17}
\end{figure}

现在我们分析湖水结冰的情况。气温下降时，湖面的水温度也要降低。
在 $4\celsius$ 以上时，由于热胀冷缩，湖面温度较低的水，密度较大要下沉；底部温度较高的水，密度较小，要上升。
这面，湖面较冷的水和底部较暖的水，它们的温度很快就会达到一致了。
湖面的水，当温度降低到 $4\celsius$ 以下时，由于热缩冷胀，密度反而减小，不再下沉，就不再形成对流了。
因此，湖面冷却到结了冰，而底部水的温度仍然可以保持 $4\celsius$ （图 \ref{fig:2-17}），鱼类仍旧可以自由自在地游来游去。



\section*{小实验}

照图 \ref{fig:2-18} 甲那样，在一张厚的图画纸上画线。沿实线剪开，再沿虚线折起，做成一个叶轮。
用细线把叶轮悬起来，在它的下方点燃一根火柴，叶轮就转起来（图乙）。
你自己动手做一做，并说明叶轮为什么会转。

\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \includegraphics[width=0.5\textwidth]{../pic/czwl2-ch2-18}
    \caption{}\label{fig:2-18}
\end{figure}


